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JP5982047B1 - Additive manufacturing equipment - Google Patents

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JP5982047B1 JP2015170056A JP2015170056A JP5982047B1 JP 5982047 B1 JP5982047 B1 JP 5982047B1 JP 2015170056 A JP2015170056 A JP 2015170056A JP 2015170056 A JP2015170056 A JP 2015170056A JP 5982047 B1 JP5982047 B1 JP 5982047B1
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Abstract

【課題】状況に応じてヒュームコレクタの送風機の回転数を切り替えることで不活性ガスをチャンバに短時間で充填するとともに、ヒューム処理能力を向上させる積層造形装置を提供する。【解決手段】材料粉体層6上の所定の照射領域にレーザ光Lを照射して焼結層を形成するレーザ照射装置25と、チャンバ10に不活性ガスを供給するとともにヒュームをチャンバ10の外に排出する不活性ガス給排装置4とを備え、不活性ガス給排装置4は、チャンバ10に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置42と、チャンバ10から排出された不活性ガスからヒュームを除去するヒュームコレクタ43とを含み、ヒュームコレクタ43は、任意の回転数に切替可能でありチャンバ10内の不活性ガスを循環させる送風機を備える積層造形装置1の提供。【選択図】図1An object of the present invention is to provide an additive manufacturing apparatus that fills a chamber with an inert gas in a short time by switching the rotational speed of a blower of a fume collector according to the situation and improves the fume processing capability. A laser irradiation apparatus for irradiating a predetermined irradiation region on a material powder layer with a laser beam to form a sintered layer; an inert gas is supplied to the chamber; An inert gas supply / exhaust device 4 that discharges to the outside. The inert gas supply / exhaust device 4 supplies an inert gas to the chamber 10 and an inert gas exhausted from the chamber 10. And a fume collector 43 that removes fume from the fume collector 43. The fume collector 43 can be switched to an arbitrary number of revolutions, and the additive manufacturing apparatus 1 includes a blower that circulates an inert gas in the chamber 10. [Selection] Figure 1

Description

この発明は、積層造形装置に関する。   The present invention relates to an additive manufacturing apparatus.

レーザ光による金属粉末焼結積層造形法においては、造形テーブル上に金属材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に金属材料粉体を均一に撒布して新たな材料粉体層を形成し、その新たな材料粉体層にレーザ光を照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そしてこれらを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元造形物を形成する。   In the metal powder sintering additive manufacturing method using laser light, a metal material powder is uniformly distributed on a modeling table to form a material powder layer, and a predetermined portion of the material powder layer is irradiated with laser light to be fired. A sintered layer is formed by bonding, a metal material powder is uniformly distributed on the sintered layer to form a new material powder layer, and the new material powder layer is irradiated with laser light. To form a new sintered layer joined to the lower sintered layer, and by repeating these, a plurality of sintered layers are laminated to form a desired sintered body. Form a three-dimensional structure.

金属材料粉体をレーザ光によって焼結する場合は、金属材料粉体を変質させないように保護するとともに、所要のエネルギのレーザ光を安定して照射できるようにするために、所定の造形領域の周囲を可能な限り酸素が存在しない状態に維持することが要求される。そのため、レーザ光による金属粉末焼結積層造形法を実施するための積層造形装置は、密閉されたチャンバ内に窒素ガスのような不活性ガスを供給し、チャンバ内において酸素濃度が十分に低い雰囲気下で所定の照射領域にレーザ光を照射することができるように構成されている。   When sintering a metal material powder with laser light, in order to protect the metal material powder from being altered and to be able to stably irradiate laser light of a required energy, It is required to keep the surroundings as oxygen free as possible. Therefore, an additive manufacturing apparatus for performing a metal powder sintering additive manufacturing method using laser light supplies an inert gas such as nitrogen gas into a sealed chamber, and an atmosphere having a sufficiently low oxygen concentration in the chamber. A predetermined irradiation region can be irradiated with laser light below.

また、金属材料粉体にレーザ光を照射して焼結させるときに、ヒュームと称される特有の煙が発生する。ヒュームがチャンバ内に充満すると、レーザ光を遮蔽して、所要のエネルギのレーザ光が焼結部位に届かなくなり、焼結不良が発生するおそれがある。   Further, when the metal material powder is sintered by irradiating it with laser light, specific smoke called fume is generated. When the chamber fills the chamber, the laser beam is shielded, and the laser beam having a required energy does not reach the sintering site, which may cause sintering failure.

そのため、レーザ光による積層造形法においては、チャンバ内を低酸素雰囲気に維持するとともに、チャンバ内からヒュームを除去する必要がある。特許文献1に開示されるように、チャンバ内に清浄な不活性ガスを供給するとともに、チャンバ内からヒュームを含む不活性ガスを排出する積層造形装置が知られている。また、特許文献1に係る積層造形装置においては、チャンバ外に排出されたヒュームを含む不活性ガスからヒュームを除去し、再度チャンバ内へと返送することでチャンバ内の不活性ガスを循環させている。このようにして、チャンバ内は清浄な不活性ガス雰囲気下に維持されるように構成される。   For this reason, in the additive manufacturing method using laser light, it is necessary to maintain the interior of the chamber in a low oxygen atmosphere and to remove fumes from the interior of the chamber. As disclosed in Patent Document 1, there is known an additive manufacturing apparatus that supplies a clean inert gas into a chamber and discharges an inert gas containing fumes from the chamber. In addition, in the additive manufacturing apparatus according to Patent Document 1, the fumes are removed from the inert gas containing the fumes discharged out of the chamber, and the inert gas in the chamber is circulated by returning it to the chamber again. Yes. In this way, the chamber is configured to be maintained in a clean inert gas atmosphere.

また、不活性ガスからヒュームを除去する装置としては、ヒュームコレクタと呼ばれる集塵機が用いられる。特許文献2に開示されるように、吸排気および装置内部でのガスの循環を容易にするため、送風機により気流を生成する集塵機が公知である。   Moreover, a dust collector called a fume collector is used as an apparatus for removing fume from an inert gas. As disclosed in Patent Document 2, a dust collector that generates an airflow with a blower is known in order to facilitate intake and exhaust and gas circulation inside the apparatus.

特許第4131260号公報Japanese Patent No. 4131260 特許第3444511号公報Japanese Patent No. 3444511

レーザ光による積層造形法においては、レーザ光の照射による造形を開始する前にチャンバ内を所定の酸素濃度以下にするため、不活性ガス供給装置によって不活性ガスの供給を行い、チャンバ内の空気を不活性ガスに置換する必要がある。また、チャンバは密閉されるように構成されるが、完全な気密性を得ることは困難であり僅かな隙間から外部空気が流入するため、チャンバ内が所定の酸素濃度以下の不活性ガス雰囲気下になった後も、積層造形中は常時不活性ガスの供給を行う必要がある。   In the additive manufacturing method using laser light, in order to bring the inside of the chamber to a predetermined oxygen concentration or less before starting the formation by laser light irradiation, an inert gas is supplied by an inert gas supply device, and the air in the chamber Must be replaced with an inert gas. Although the chamber is configured to be hermetically sealed, it is difficult to obtain perfect airtightness, and external air flows in through a slight gap, so that the chamber has an inert gas atmosphere with a predetermined oxygen concentration or less. Even after this, it is necessary to always supply an inert gas during additive manufacturing.

また、積層造形中は不活性ガス中のヒュームを除去する為にヒュームコレクタを通過するよう不活性ガスを循環させる。このとき、ヒュームコレクタ等に送風機を設け、循環する不活性ガスの風量が増えるよう気流を生成すれば、ヒュームコレクタ内部を通過する風量が増加するため、より短時間でヒュームを除去することができる。   Further, during additive manufacturing, the inert gas is circulated so as to pass through the fume collector in order to remove the fumes in the inert gas. At this time, if a blower is provided in the fume collector or the like, and the air flow is generated so that the air volume of the circulating inert gas is increased, the air volume passing through the inside of the fume collector is increased, so that the fume can be removed in a shorter time. .

しかしながら、チャンバ内を循環する不活性ガスの風量が増えると、不活性ガスの供給口付近においては気圧が上昇し不活性ガスの外部漏出が促進されるともに、排出口付近においては気圧が低下しチャンバ内へ外部空気の流入が起こりやすくなる。そのため、例えば造形開始前の不活性ガス雰囲気下への置換時等、不活性ガスの供給を優先させたい時は循環する不活性ガスの風量は少ない方が望ましい。換言すれば、循環する不活性ガスの風量を増加させればヒューム除去の処理効率は上がるが、チャンバ内へ不活性ガスが十分に充填されるまで時間がかかる。対して、循環する不活性ガスの風量を減少させれば不活性ガスの充填時間は短縮されるものの、ヒュームの処理能力が低下する。なお、不活性ガス供給装置の最大供給量には実用上の限界がある。   However, when the air volume of the inert gas circulating in the chamber increases, the atmospheric pressure increases near the inert gas supply port, and external leakage of the inert gas is promoted, while the atmospheric pressure decreases near the exhaust port. External air tends to flow into the chamber. For this reason, when it is desired to give priority to the supply of the inert gas, for example, when replacing with an inert gas atmosphere before the start of modeling, it is desirable that the amount of the inert gas to be circulated is small. In other words, if the flow rate of the circulating inert gas is increased, the fume removal processing efficiency is increased, but it takes time until the chamber is sufficiently filled with the inert gas. On the other hand, if the air volume of the circulating inert gas is reduced, the filling time of the inert gas is shortened, but the processing capacity of the fume is lowered. There is a practical limit to the maximum supply amount of the inert gas supply device.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ヒュームコレクタに備えられた送風機の回転数を任意に切り替えることで、不活性ガスの充填時間の短縮と、ヒューム処理能力の向上を両立させる積層造形装置を提供することを主たる目的とするものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and by simultaneously switching the rotational speed of the blower provided in the fume collector, it is possible to simultaneously reduce the filling time of the inert gas and improve the fume processing capacity. The main object is to provide an additive manufacturing apparatus.

本発明によれば、密閉されたチャンバ内において所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の各分割層毎に金属材料粉体を均一に撒布して形成される材料粉体層上の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、前記チャンバ内が常時所定濃度以上の不活性ガスで充満されているように前記チャンバに不活性ガスを供給するとともにヒュームを前記チャンバの外に排出する不活性ガス給排装置とを備え、前記不活性ガス給排装置は、前記チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、前記チャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去するヒュームコレクタとを含み、前記ヒュームコレクタは、任意の回転数に切替可能であり前記チャンバ内の不活性ガスを循環させる送風機を備える積層造形装置を提供するものである。   According to the present invention, a material powder formed by uniformly distributing a metal material powder for each of a plurality of divided layers obtained by dividing a desired three-dimensional structure at a predetermined height in a sealed chamber. A laser irradiation device for forming a sintered layer by irradiating a predetermined irradiation region on the layer with a laser beam, and an inert gas in the chamber so that the chamber is always filled with an inert gas having a predetermined concentration or more And an inert gas supply / exhaust device for exhausting fumes out of the chamber, the inert gas supply / exhaust device supplying an inert gas to the chamber, and the chamber A fume collector that removes fumes from the inert gas discharged from the fume collector, and the fume collector includes a blower that can be switched to an arbitrary number of revolutions and circulates the inert gas in the chamber. There is provided a layer molding apparatus.

本発明に係る積層造形装置においては、ヒュームコレクタに任意の回転数に切替可能である送風機が備えられる。送風機の回転数を切り替えることによって循環する不活性ガスの風量を制御し、不活性ガスの充填を優先させるかヒュームの除去を優先させるかを選択することができる。状況に応じて回転数を切り替えることで不活性ガスをチャンバに短時間で充填するとともに、ヒューム処理能力を向上させることができる。   In the additive manufacturing apparatus according to the present invention, the fume collector is provided with a blower that can be switched to an arbitrary number of rotations. By switching the rotational speed of the blower, the air volume of the circulating inert gas can be controlled to select whether to give priority to filling with the inert gas or to remove fume. By switching the number of revolutions according to the situation, the chamber can be filled with an inert gas in a short time, and the fume processing capacity can be improved.

本発明の一実施形態の積層造形装置1の構成図である。1 is a configuration diagram of an additive manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. 図1のD−D矢視断面図であり、前チャンバ11のみを表示している。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 1 and shows only the front chamber 11. 粉体層形成装置3の斜視図である。3 is a perspective view of a powder layer forming apparatus 3. FIG. リコータヘッド33および細長部材35,37の斜視図である。3 is a perspective view of a recoater head 33 and elongated members 35 and 37. FIG. リコータヘッド33および細長部材35,37の別の角度から見た斜視図である。It is the perspective view seen from another angle of the recoater head 33 and the elongate members 35 and 37. ヒューム拡散装置41の詳細を示す構成図である。2 is a configuration diagram showing details of a fume diffusing device 41. FIG. ヒューム拡散装置41の斜視図である。3 is a perspective view of a fume diffusing device 41. FIG. ヒュームコレクタ43およびファンモータ439の制御手段を示す構成図である。It is a block diagram which shows the control means of the fume collector 43 and the fan motor 439.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に説明される複数の各構成部材における変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。なお、以下の説明では、積層造形装置1の機械本機において、前チャンバ11の作業扉が設けられている側を前面または正面とし、前面に向かって右手側を右側面、左手側を左側面、後側を背面とする。図中の点線は、レーザ光Lの照射経路または信号線を示す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The modifications of the plurality of constituent members described below can be implemented in any combination. In the following description, in the machine body of the additive manufacturing apparatus 1, the side of the front chamber 11 on which the work door is provided is the front or front, the right hand side is the right side and the left hand side is the left side toward the front. The rear side is the back side. The dotted line in the figure indicates the irradiation path or signal line of the laser beam L.

図1に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置1は、実質的に密閉されるように構成されたチャンバ10を備え、チャンバ10は、前チャンバ11と後チャンバ12に分かれている。前チャンバ11内に造形室111が設けられ、後チャンバ12内に駆動室121が設けられる。前チャンバ11の前面には、造形室111に連通する開口115が設けられ、開口115に図示しない覗窓付の作業扉が設けられている。造形室111と駆動室121は、伸縮可能なX軸蛇腹14で仕切られる。造形室111と駆動室121との間には、不活性ガスが通過できるだけのわずかな隙間である連通部15が存在している。また、積層造形装置1は、不図示のCAM装置において生成された造形データを受信し、この受信データに基づいて積層造形の制御を行う数値制御装置として制御装置27を備える。制御装置27は、後述する不活性ガス供給装置42およびヒュームコレクタ43の制御装置を兼ねる。   As shown in FIG. 1, the additive manufacturing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes a chamber 10 configured to be substantially sealed, and the chamber 10 is divided into a front chamber 11 and a rear chamber 12. Yes. A modeling chamber 111 is provided in the front chamber 11, and a driving chamber 121 is provided in the rear chamber 12. An opening 115 communicating with the modeling chamber 111 is provided on the front surface of the front chamber 11, and a work door with a viewing window (not shown) is provided in the opening 115. The modeling chamber 111 and the drive chamber 121 are partitioned by an extendable X-axis bellows 14. Between the modeling chamber 111 and the drive chamber 121, there is a communication portion 15 that is a slight gap through which an inert gas can pass. The layered modeling apparatus 1 includes a control device 27 as a numerical control device that receives modeling data generated by a CAM device (not shown) and controls the layered modeling based on the received data. The control device 27 also serves as a control device for an inert gas supply device 42 and a fume collector 43 described later.

チャンバ10内に駆動装置13が設けられる。駆動装置13は、ベース21上に配置されたベッド23に設置される。駆動装置13は、造形室111内に配置される加工ヘッド135をY軸方向に移動させるY軸駆動装置133と、Y軸駆動装置133をX軸方向に移動させるX軸駆動装置131で構成される。加工ヘッド135は、図示しないスピンドルを含んでなり、Z軸駆動装置によってZ軸方向に移動する。スピンドルは、エンドミルなどの回転切削工具を装着して回転させることができるように構成されている。以上の構成によって、回転切削工具を造形室111内の任意の位置に相対移動させて、焼結層に対して切削加工を施すことができるようになっている。この回転切削工具を用いて、所定数の焼結層が形成される度に、焼結層に対して切削加工を行ってもよい。また、リコータヘッド33が焼結層の隆起部に衝突したときにも、隆起部を除去するために焼結層に対して切削加工を行ってもよい。 A driving device 13 is provided in the chamber 10. The driving device 13 is installed on a bed 23 disposed on the base 21. The drive device 13 includes a Y-axis drive device 133 that moves the machining head 135 disposed in the modeling chamber 111 in the Y-axis direction, and an X-axis drive device 131 that moves the Y-axis drive device 133 in the X-axis direction. The The processing head 135 includes a spindle (not shown) and is moved in the Z-axis direction by a Z-axis drive device. The spindle is configured such that it can be rotated by mounting a rotary cutting tool such as an end mill. With the above configuration, the rotary cutting tool can be relatively moved to an arbitrary position in the modeling chamber 111 to perform cutting on the sintered layer. Using this rotary cutting tool, the sintered layer may be cut every time a predetermined number of sintered layers are formed. Also, when the recoater head 33 collides with the raised portion of the sintered layer, the sintered layer may be cut to remove the raised portion.

図2および図3に示すように、前チャンバ11内に粉体層形成装置3が設けられる。粉体層形成装置3は、ベッド23の上に水平に固定され造形領域Rを有するベース台31と、ベース台31上に配置されかつ水平1軸方向(矢印B方向)に移動可能に構成されたリコータヘッド33と、リコータヘッド33の移動方向に沿って造形領域Rの両側に設けられた細長部材35,37とを備える。造形領域Rには、上下方向(矢印A方向)に移動可能な造形テーブル39が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル39上に造形プレート5が配置され、その上に材料粉体層6が形成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the powder layer forming apparatus 3 is provided in the front chamber 11. The powder layer forming apparatus 3 is configured to be horizontally fixed on the bed 23 and having a modeling region R, and to be arranged on the base table 31 and movable in the horizontal uniaxial direction (arrow B direction). The recoater head 33 and elongated members 35 and 37 provided on both sides of the modeling region R along the moving direction of the recoater head 33 are provided. In the modeling region R, a modeling table 39 that is movable in the vertical direction (arrow A direction) is provided. When the additive manufacturing apparatus is used, the modeling plate 5 is disposed on the modeling table 39, and the material powder layer 6 is formed thereon.

リコータヘッド33は、図4および図5に示すように、図2に示される材料供給装置16から供給される材料粉体を貯留する材料収容部331と、材料収容部331の上面に設けられた材料供給部332と、材料収容部331の底面に設けられかつ材料収容部331内の金属材料粉体を排出する材料排出部333とを備える。材料排出部333は、リコータヘッド33の移動方向(矢印B方向)に直交する水平1軸方向(矢印C方向)に延びるスリット形状である。リコータヘッド33の両側面には、材料排出部333から排出された金属材料粉体を平坦化して材料粉体層6を形成するブレード334,335が設けられる。金属材料粉体は、例えば平均粒径20μmの球形をなす鉄粉などの金属粉である。   As shown in FIGS. 4 and 5, the recoater head 33 is provided on the material container 331 for storing the material powder supplied from the material supply device 16 shown in FIG. 2 and on the upper surface of the material container 331. The material supply unit 332 and the material discharge unit 333 that is provided on the bottom surface of the material storage unit 331 and discharges the metal material powder in the material storage unit 331 are provided. The material discharge unit 333 has a slit shape extending in a horizontal one-axis direction (arrow C direction) orthogonal to the moving direction (arrow B direction) of the recoater head 33. On both side surfaces of the recoater head 33, blades 334 and 335 for flattening the metal material powder discharged from the material discharge portion 333 to form the material powder layer 6 are provided. The metal material powder is a metal powder such as a spherical iron powder having an average particle diameter of 20 μm, for example.

前チャンバ11の上方にはレーザ照射装置25が設けられ、レーザ照射装置25から出力されたレーザ光Lは、前チャンバ11に設けられたウィンドウ113を透過して造形領域Rに形成された材料粉体層6に照射される。レーザ照射装置25は、前チャンバ11内において所望の形状の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層の各分割層毎に金属材料粉体を均一に撒布して形成される材料粉体層6上の所定の照射領域に所要のエネルギのレーザ光Lを照射して焼結層を形成する。レーザ照射装置25は、造形領域Rにおいてレーザ光Lを二次元走査可能に構成されていればよく、例えば、レーザ光Lを生成するレーザ光源と、レーザ光Lを造形領域Rにおいて二次元走査可能とする一対のガルバノスキャナとで構成される。レーザ光Lは、金属材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、CO2レーザ、ファイバレーザ、YAGレーザなどである。ウィンドウ113は、レーザ光Lを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Lがファイバレーザ又はYAGレーザの場合、ウィンドウ113は石英ガラスで構成可能である。   A laser irradiation device 25 is provided above the front chamber 11, and the laser light L output from the laser irradiation device 25 passes through a window 113 provided in the front chamber 11 and is formed into a material powder formed in the modeling region R The body layer 6 is irradiated. The laser irradiation device 25 is formed by uniformly distributing metal material powder in each divided layer of a plurality of divided layers obtained by dividing a three-dimensional structure of a desired shape at a predetermined height in the front chamber 11. A predetermined irradiation area on the material powder layer 6 is irradiated with laser light L having a required energy to form a sintered layer. The laser irradiation device 25 only needs to be configured to be capable of two-dimensional scanning of the laser light L in the modeling region R. For example, the laser light source that generates the laser light L and the laser light L can be two-dimensionally scanned in the modeling region R. And a pair of galvano scanners. The type of the laser beam L is not limited as long as the metal material powder can be sintered, and is, for example, a CO2 laser, a fiber laser, a YAG laser, or the like. The window 113 is formed of a material that can transmit the laser light L. For example, when the laser beam L is a fiber laser or a YAG laser, the window 113 can be made of quartz glass.

次に、不活性ガス給排装置4の不活性ガス供給系統とヒューム排出系統について説明する。実施形態の不活性ガス給排装置4は、ヒューム拡散装置41と、不活性ガス供給装置42と、ヒュームコレクタ43と、ダクトボックス45,46とを含む。不活性ガス給排装置4は、チャンバ10が常時所定濃度以上の不活性ガスで充満されているように不活性ガスを供給するとともに、レーザ光Lの照射によって発生したヒューム25によって汚染された不活性ガスをチャンバ10の外に排出する。なお、本明細書において、不活性ガスとは、金属材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが例示される。   Next, an inert gas supply system and a fume discharge system of the inert gas supply / discharge device 4 will be described. The inert gas supply / discharge device 4 according to the embodiment includes a fume diffusing device 41, an inert gas supply device 42, a fume collector 43, and duct boxes 45 and 46. The inert gas supply / discharge device 4 supplies the inert gas so that the chamber 10 is always filled with an inert gas having a predetermined concentration or higher, and the inert gas contaminated by the fumes 25 generated by the irradiation of the laser beam L. The active gas is discharged out of the chamber 10. In the present specification, the inert gas is a gas that does not substantially react with the metal material powder, and examples thereof include nitrogen gas, argon gas, and helium gas.

また、不活性ガス給排装置4は、チャンバ1に設けられる複数の不活性ガスの供給口および排出口と、各供給口および各排出口と不活性ガス供給装置42およびヒュームコレクタ43とを接続する配管を含む。本実施例の供給口は、第1供給口481と、第2供給口482と、副供給口483と、ヒューム拡散装置供給口484と、駆動室供給口485からなる。本実施例の排出口は、第1排出口491と、第2排出口492と、第3排出口493と、第4排出口494と、副排出口495からなる。   Further, the inert gas supply / discharge device 4 connects a plurality of inert gas supply ports and discharge ports provided in the chamber 1, and each supply port and each discharge port to the inert gas supply device 42 and the fume collector 43. Including piping to be used. The supply port of this embodiment includes a first supply port 481, a second supply port 482, a sub supply port 483, a fume diffusing device supply port 484, and a drive chamber supply port 485. The discharge port of the present embodiment includes a first discharge port 491, a second discharge port 492, a third discharge port 493, a fourth discharge port 494, and a sub discharge port 495.

第1供給口481は、第1排出口491の設置位置に対応して第1排出口491に対面するように設けられる。望ましくは、第1供給口481は、リコータヘッド33が材料供給装置16の設置位置に対して所定の照射領域を挟んで反対側に位置しているときに第1排出口491と対面するように、矢印C方向に沿ってリコータヘッド33の片面に設けられる。   The first supply port 481 is provided to face the first discharge port 491 corresponding to the installation position of the first discharge port 491. Desirably, the first supply port 481 faces the first discharge port 491 when the recoater head 33 is positioned on the opposite side of the predetermined irradiation region with respect to the installation position of the material supply device 16. And provided on one side of the recoater head 33 along the arrow C direction.

第1排出口491は、前チャンバ11の側板に第1供給口481に対面するように所定の照射領域から所定距離離れて設けられる。また、第1排出口491に接続するように吸引装置496が設けられる。吸引装置496は、レーザ光Lの照射経路からヒューム7を効率よく排除することを助ける。また、吸引装置496によって、第1排出口491において、より多くの量のヒューム7を排出することができ、造形室111内にヒューム7が拡散しにくくなる。   The first discharge port 491 is provided on the side plate of the front chamber 11 at a predetermined distance from a predetermined irradiation region so as to face the first supply port 481. A suction device 496 is provided so as to be connected to the first discharge port 491. The suction device 496 helps to efficiently remove the fumes 7 from the irradiation path of the laser light L. Further, the suction device 496 can discharge a larger amount of the fume 7 at the first discharge port 491, and the fume 7 is less likely to diffuse into the modeling chamber 111.

第2供給口482は、ベース21の端上に所定の照射領域を間に置いて第1排出口491に対面するように設けられる。第2供給口482は、リコータヘッド33が所定の照射領域を通過して第1供給口481が所定の照射領域を間に置かずに第1排出口491に直面する位置にあるとき、第1供給口481から第2供給口482に選択的に切り換えられて開放される。そのため、第2供給口482は、第1供給口481から供給される不活性ガスと同じ所定の圧力と流量の不活性ガスを第1排出口491に向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行なえる点で有利である。   The second supply port 482 is provided on the end of the base 21 so as to face the first discharge port 491 with a predetermined irradiation region in between. When the recoater head 33 passes through a predetermined irradiation region and the first supply port 481 is at a position facing the first discharge port 491 without the predetermined irradiation region in between, the second supply port 482 is The first supply port 481 is selectively switched from the second supply port 482 to be opened. For this reason, the second supply port 482 supplies an inert gas having the same predetermined pressure and flow rate as the inert gas supplied from the first supply port 481 toward the first discharge port 491, so that the second supply port 482 is always in the same direction. It is advantageous in that a flow of active gas can be created and stable sintering can be performed.

第2排出口492は、リコータヘッド33の第1供給口481が設けられている片面に対して反対側の側面に、矢印C方向に沿って設けられる。第1供給口481から不活性ガスを供給できないとき、換言すれば、第2供給口482から不活性ガスを供給するときに、所定の照射領域のより近くで不活性ガスの流れを作り出していくらかのヒューム7を排出するので、ヒューム7をより効率よくレーザ光Lの照射経路から排除することができる。   The second discharge port 492 is provided along the arrow C direction on the side surface opposite to the one surface where the first supply port 481 of the recoater head 33 is provided. When the inert gas cannot be supplied from the first supply port 481, in other words, when the inert gas is supplied from the second supply port 482, some flow of the inert gas is created near the predetermined irradiation region. Therefore, the fumes 7 can be more efficiently removed from the irradiation path of the laser light L.

不活性ガス給排装置4の不活性ガスの最大供給量を超えない範囲で、細長部材35,37にそれぞれ第3排出口493および第4排出口494が矢印B方向に沿って設けられる。所定の照射領域がより広く造形領域の前側または奥側の端にレーザ光の照射スポットがある場合は、第1供給口481または第2供給口482から第1排出口491までの間に形成される不活性ガスの流れにヒューム7が乗り切れずに漂流するおそれがある。第3排出口493および第4排出口494により、ヒューム7をより効率よく排出することができる。   A third discharge port 493 and a fourth discharge port 494 are provided along the arrow B direction in the elongated members 35 and 37, respectively, within a range not exceeding the maximum supply amount of the inert gas of the inert gas supply / discharge device 4. When a predetermined irradiation area is wider and a laser beam irradiation spot is present at the front or back end of the modeling area, it is formed between the first supply port 481 or the second supply port 482 and the first discharge port 491. There is a risk that the fumes 7 will not be able to ride through the flow of the inert gas. The fume 7 can be discharged more efficiently by the third discharge port 493 and the fourth discharge port 494.

また、実施の形態の不活性ガス給排装置4は、第1排出口491に対面するように前チャンバ11の側板に設けられヒュームコレクタ43から送給されるヒューム7が除去された清浄な不活性ガス8を造形室111に供給する副供給口483と、前チャンバ11の上面に設けられヒューム拡散装置41へ不活性ガスを供給するヒューム拡散装置供給口484と、後チャンバ12に設けられ駆動室121へ不活性ガスを供給する駆動室供給口485と、第1排出口491の上側に設けられ前チャンバ11の上側に残留するヒューム7を多く含む不活性ガスを排出する副排出口495とを備える。   In addition, the inert gas supply / discharge device 4 of the embodiment is a clean non-removable device in which the fumes 7 provided on the side plate of the front chamber 11 so as to face the first discharge port 491 and fed from the fume collector 43 are removed. A sub-supply port 483 that supplies the active gas 8 to the modeling chamber 111, a fume diffusion device supply port 484 that is provided on the upper surface of the front chamber 11 and supplies an inert gas to the fume diffusion device 41, and is driven in the rear chamber 12. A driving chamber supply port 485 for supplying an inert gas to the chamber 121, and a sub-discharge port 495 for discharging an inert gas containing a large amount of fumes 7 provided on the upper side of the front chamber 11 provided above the first discharge port 491. Is provided.

前チャンバ11の上面には、ウィンドウ113を覆うようにヒューム拡散装置41が設けられる。ヒューム拡散装置41は、図6および図7に示すように、円筒状の筐体411と、筐体411内に配置された円筒状の拡散部材412を備える。筐体411と拡散部材412の間に不活性ガス供給空間413が設けられる。また、筐体411の底面には、拡散部材412の内側に開口部414が設けられる。拡散部材412には多数の細孔415が設けられており、ヒューム拡散装置供給口484を通じて不活性ガス供給空間413に供給された清浄な不活性ガス8は細孔415を通じて清浄空間416に充満される。そして、清浄空間416に充満された清浄な不活性ガス8は、開口部414を通じてヒューム拡散装置41の下方に向かって噴出される。この噴出された清浄な不活性ガス8は、レーザ光Lの照射経路に沿って流れ出てレーザ光Lの照射経路からヒューム7を排除し、ウィンドウ113がヒューム7によって汚れることを防止する。   A fume diffusing device 41 is provided on the upper surface of the front chamber 11 so as to cover the window 113. As shown in FIGS. 6 and 7, the fume diffusing device 41 includes a cylindrical casing 411 and a cylindrical diffusing member 412 disposed in the casing 411. An inert gas supply space 413 is provided between the housing 411 and the diffusion member 412. In addition, an opening 414 is provided inside the diffusion member 412 on the bottom surface of the housing 411. The diffusion member 412 is provided with a large number of pores 415, and the clean inert gas 8 supplied to the inert gas supply space 413 through the fume diffusion device supply port 484 is filled into the clean space 416 through the pores 415. The The clean inert gas 8 filled in the clean space 416 is ejected toward the lower side of the fume diffusing device 41 through the opening 414. The jetted clean inert gas 8 flows out along the irradiation path of the laser beam L, excludes the fumes 7 from the irradiation path of the laser beams L, and prevents the window 113 from being contaminated by the fumes 7.

チャンバ10への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置42と、ヒュームコレクタ43が接続されている。不活性ガス供給装置42は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。実施の形態の不活性ガス供給装置42は、第1供給口481および第2供給口482を通じて不活性ガスを供給する第1不活性ガス供給装置421と、ヒューム拡散装置供給口484および駆動室供給口485を通じて不活性ガスを供給する第2不活性ガス供給装置422とからなる。第1不活性ガス供給装置421としては、不活性ガスの濃度を管理可能なものが好ましい。第2不活性ガス供給装置422は、第1不活性ガス供給装置421と同様の構成の装置であってもよいが、造形領域Rから比較的離れた位置にある供給口と接続され比較的不活性ガス濃度管理の重要性が低いので、不活性ガスの濃度を管理する機能を有していなくてもよい。ヒュームコレクタ43は、例えば、コロナ放電により不活性ガス中のヒューム7に電荷を与え、クーロン力によってヒューム7を捕集する電気集塵機である。ヒュームコレクタ43は、その上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス45,46を有する。前チャンバ11から排出されたヒューム7を含む不活性ガスは、ダクトボックス45を通じてヒュームコレクタ43に送られ、ヒュームコレクタ43においてヒューム7が除去された清浄な不活性ガス8がダクトボックス46を通じて前チャンバ11の副供給口483へ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。   An inert gas supply device 42 and a fume collector 43 are connected to the inert gas supply system to the chamber 10. The inert gas supply device 42 has a function of supplying an inert gas, and includes, for example, a membrane type nitrogen separator that extracts nitrogen gas from ambient air. The inert gas supply device 42 of the embodiment includes a first inert gas supply device 421 that supplies an inert gas through a first supply port 481 and a second supply port 482, a fume diffusion device supply port 484, and a drive chamber supply. And a second inert gas supply device 422 for supplying an inert gas through the port 485. As the first inert gas supply device 421, a device capable of managing the concentration of the inert gas is preferable. The second inert gas supply device 422 may be a device having the same configuration as the first inert gas supply device 421, but is connected to a supply port located relatively far from the modeling region R and is relatively inactive. Since the importance of active gas concentration management is low, it may not have a function of managing the concentration of inert gas. The fume collector 43 is an electric dust collector that applies electric charges to the fume 7 in the inert gas by corona discharge and collects the fume 7 by Coulomb force, for example. The fume collector 43 has duct boxes 45 and 46 on the upstream side and the downstream side, respectively. The inert gas containing the fumes 7 discharged from the front chamber 11 is sent to the fume collector 43 through the duct box 45, and the clean inert gas 8 from which the fume 7 has been removed in the fume collector 43 is passed through the duct box 46. 11 sub supply ports 483. With such a configuration, the inert gas can be reused.

不活性ガス供給系統として、図1および図2に示すように、第1不活性ガス供給装置421と、第1供給口481および第2供給口482とがそれぞれ接続され、第2不活性ガス供給装置422と、駆動室供給口485とがそれぞれ接続される。また、ヒュームコレクタ43と副供給口483とがダクトボックス46を通じて接続される。第1不活性ガス供給装置421および第2不活性ガス供給装置422は、制御装置27を通して制御バルブが所定量開放されることによって、所定の圧力と流量の清浄な不活性ガスを前チャンバ11および後チャンバ12へそれぞれ供給する。後チャンバ12内に供給された不活性ガスは、造形室111と駆動室121との間の連通部15を通じて造形室111内に供給される。   As an inert gas supply system, as shown in FIGS. 1 and 2, a first inert gas supply device 421, a first supply port 481 and a second supply port 482 are connected to each other, and a second inert gas supply is provided. The device 422 and the driving chamber supply port 485 are connected to each other. Further, the fume collector 43 and the auxiliary supply port 483 are connected through the duct box 46. The first inert gas supply device 421 and the second inert gas supply device 422 are configured to supply a clean inert gas having a predetermined pressure and flow rate to the front chamber 11 and the control valve 27 by opening a predetermined amount through the control device 27. Each is supplied to the rear chamber 12. The inert gas supplied into the rear chamber 12 is supplied into the modeling chamber 111 through the communication portion 15 between the modeling chamber 111 and the driving chamber 121.

また、実施の形態の積層造形装置1においては、開口115に設けられる作業扉が開かれた場合は、図示しない作業扉の開閉を検出する扉検知器によって制御装置27は作業扉が開いていることを検出し、第1不活性ガス供給装置421を停止するが、第2不活性ガス供給装置422は、不活性ガスを供給し続けるようにされている。作業扉が開いているときは、造形室111に不活性ガスを供給しても大気中に拡散してしまうので、作業扉が開いているときに造形室111への不活性ガスの供給を停止することによって、不活性ガスの無駄な供給を抑制することができる。   In the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, when the work door provided in the opening 115 is opened, the control device 27 opens the work door by a door detector that detects opening and closing of the work door (not shown). This is detected, and the first inert gas supply device 421 is stopped, but the second inert gas supply device 422 continues to supply the inert gas. When the work door is open, even if inert gas is supplied to the modeling chamber 111, it diffuses into the atmosphere. Therefore, supply of the inert gas to the modeling chamber 111 is stopped when the work door is open. By doing so, useless supply of inert gas can be suppressed.

ヒューム排出系統として、図1および図2に示すように、第1排出口491、第2排出口492、第3排出口493、第4排出口494および副排出口495とヒュームコレクタ43とがダクトボックス45を通じてそれぞれ接続される。ヒュームコレクタ43においてヒューム7が取り除かれた後の清浄な不活性ガス8は、前チャンバ11へと返送され再利用される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fume discharge system includes a first discharge port 491, a second discharge port 492, a third discharge port 493, a fourth discharge port 494, a sub discharge port 495, and a fume collector 43. Each is connected through a box 45. The clean inert gas 8 after the fume 7 is removed in the fume collector 43 is returned to the front chamber 11 and reused.

ここで、図8に基づきヒュームコレクタ43の構成と、ファンモータ439の制御方法についてより詳細に説明する。ヒュームコレクタ43は、ヒューム排出系統との接続口となる吸込口431と、前チャンバ11から排出されたヒューム7を含む不活性ガスを吸引する吸込部433と、ヒュームコレクタ本体440と、ヒューム7が除去された不活性ガスを前チャンバ11内へ返送する排気部435と、不活性ガス供給系統との接続口となる排気口437と、ヒュームコレクタ内部の不活性ガスを効率的に循環させるための送風機であるファンモータ439とを備える。ヒュームコレクタ本体440は、プラスに荷電された針形状の荷電極443とアース接続された対向電極444とが対向配置されている荷電部442と、プラスに荷電された正極板446とアース接続された集塵板447とが交互に設けられる集塵部445とを有する集塵装置441を備える。   Here, the configuration of the fume collector 43 and the control method of the fan motor 439 will be described in more detail with reference to FIG. The fume collector 43 includes a suction port 431 serving as a connection port with a fume discharge system, a suction unit 433 that sucks an inert gas including the fume 7 discharged from the front chamber 11, a fume collector body 440, and the fume 7. An exhaust unit 435 for returning the removed inert gas into the front chamber 11, an exhaust port 437 serving as a connection port with the inert gas supply system, and an inert gas inside the fume collector for efficient circulation And a fan motor 439 which is a blower. The fume collector main body 440 is connected to the charging portion 442 in which a positively charged needle-shaped load electrode 443 and a counter electrode 444 connected to the ground are opposed to each other, and to a positive electrode plate 446 that is positively charged. A dust collecting device 441 having dust collecting portions 445 provided alternately with dust collecting plates 447 is provided.

ヒューム排出系統は、ヒュームコレクタ43の吸込口431と接続され、ヒューム7を含んだ不活性ガスが吸込口431から吸込部433を経由して、ヒュームコレクタ本体440へと送られる。ヒュームコレクタ本体440の集塵装置441では、まず不活性ガスに含まれるヒューム7が、荷電部442において荷電極443と対向電極444間に生じるコロナ放電によりプラスに荷電される。プラスに荷電されたヒューム7が集塵部445を通過する際、ヒューム7はクーロン力により正極板446に反発し、集塵板447に捕集される。集塵装置441によりヒューム7を除去された清浄な不活性ガス8は、ヒュームコレクタ本体440から排気部435を経由し、排気口437と接続された不活性ガス供給系統へと送られる。そして清浄な不活性ガス8は、ダクトボックス46を経由して、副供給口483から前チャンバ11内へと返送される。   The fume discharge system is connected to the suction port 431 of the fume collector 43, and an inert gas containing the fume 7 is sent from the suction port 431 to the fume collector main body 440 through the suction part 433. In the dust collector 441 of the fume collector main body 440, the fume 7 contained in the inert gas is first charged positively by corona discharge generated between the load electrode 443 and the counter electrode 444 in the charging unit 442. When the positively charged fume 7 passes through the dust collecting portion 445, the fume 7 is repelled by the positive electrode plate 446 by the Coulomb force and collected by the dust collecting plate 447. The clean inert gas 8 from which the fume 7 has been removed by the dust collector 441 is sent from the fume collector main body 440 through the exhaust part 435 to an inert gas supply system connected to the exhaust port 437. Then, the clean inert gas 8 is returned to the front chamber 11 from the auxiliary supply port 483 via the duct box 46.

ファンモータ439は、インバータ装置47によって周波数が変換された交流によって駆動する。インバータ装置47は、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータ回路と、変換された直流を平滑化させるコンデンサと、平滑化した直流を任意の周波数の交流へと変換するインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御部とを備える。インバータ装置47の制御部は、後述する制御装置27から出力される周波数切替信号に応じて、出力する交流の周波数を切り替えるとともに、例えばV/f制御により、周波数に応じて電圧を増減させる。   The fan motor 439 is driven by alternating current whose frequency is converted by the inverter device 47. The inverter device 47 includes a converter circuit that converts alternating current supplied from an alternating current power source into direct current, a capacitor that smoothes the converted direct current, an inverter circuit that converts the smoothed direct current into alternating current of an arbitrary frequency, And a control unit for controlling the inverter circuit. The control unit of the inverter device 47 switches the frequency of the alternating current to be output according to a frequency switching signal output from the control device 27 described later, and increases or decreases the voltage according to the frequency by, for example, V / f control.

チャンバ10内の酸素濃度を測定する計測手段として、チャンバ10内に酸素濃度計29が設けられる。酸素濃度計29は、チャンバ10内の酸素濃度が任意に設定された所定濃度(第1の酸素濃度)に達した時に、制御装置27に対して第1の信号を出力するよう構成される。また好適には、酸素濃度計29は、チャンバ10内の酸素濃度が任意に設定された第1の酸素濃度以下の所定濃度(第2の酸素濃度)に達した時に、制御装置27に対して第2の信号を出力するよう構成される。第2の酸素濃度はレーザ光Lによる金属粉末焼結に適する酸素濃度であり、例えば、第1の酸素濃度は3.2vol%、第2の酸素濃度は3.0vol%に設定される。   An oxygen concentration meter 29 is provided in the chamber 10 as a measuring means for measuring the oxygen concentration in the chamber 10. The oxygen concentration meter 29 is configured to output a first signal to the control device 27 when the oxygen concentration in the chamber 10 reaches an arbitrarily set predetermined concentration (first oxygen concentration). In addition, preferably, the oxygen concentration meter 29 controls the control device 27 when the oxygen concentration in the chamber 10 reaches a predetermined concentration (second oxygen concentration) equal to or lower than a first oxygen concentration that is arbitrarily set. The second signal is configured to be output. The second oxygen concentration is an oxygen concentration suitable for metal powder sintering by the laser beam L. For example, the first oxygen concentration is set to 3.2 vol%, and the second oxygen concentration is set to 3.0 vol%.

制御装置27は積層造形装置1、不活性ガス供給装置42およびヒュームコレクタ43の制御装置であるとともに、インバータ装置47の出力周波数のデータベースを兼ねる。制御装置27には、チャンバ10内の酸素濃度に応じてファンモータ439を駆動させるのに適した周波数のデータが格納されている。本実施形態においては、具体的には、チャンバ10内が高酸素濃度下であるときに適する低速回転周波数と、低酸素濃度下であるときに適する高速回転周波数のデータが格納されている。例えば、低速回転周波数は15Hz、高速回転周波数は50Hzである。制御装置27は、酸素濃度計29の信号出力に応じてインバータ装置47の制御部へ周波数の切替信号を出力する。   The control device 27 is a control device for the additive manufacturing device 1, the inert gas supply device 42 and the fume collector 43, and also serves as a database of output frequencies of the inverter device 47. The control device 27 stores data having a frequency suitable for driving the fan motor 439 in accordance with the oxygen concentration in the chamber 10. In the present embodiment, specifically, data of a low-speed rotation frequency suitable when the inside of the chamber 10 is under a high oxygen concentration and a high-speed rotation frequency suitable when under the low oxygen concentration are stored. For example, the low speed rotation frequency is 15 Hz, and the high speed rotation frequency is 50 Hz. The control device 27 outputs a frequency switching signal to the control unit of the inverter device 47 in response to the signal output of the oximeter 29.

以下に、本実施形態の積層造形装置1におけるヒュームコレクタ43のファンモータ439の制御工程について詳細に説明する。   Below, the control process of the fan motor 439 of the fume collector 43 in the additive manufacturing apparatus 1 of the present embodiment will be described in detail.

まず、積層造形を行うにあたり、造形テーブル39上に造形プレート5を載置し、チャンバ10を密閉状態にする。この時点では、チャンバ10内は空気雰囲気下であり、早急にチャンバ10内の雰囲気ガスを不活性ガスに置換することが望まれる。また、同時にヒュームコレクタ43、ダクトボックス45,46および各配管内の雰囲気も不活性ガスに置換することが望ましい。そこで、不活性ガス供給装置42によりチャンバ10に不活性ガスを供給する一方で、インバータ装置47は低速回転周波数の交流を出力し、ヒュームコレクタ43のファンモータ439を低速回転させる。このような構成により、不活性ガスの外部漏出と外部空気の流入を防止しながら、チャンバ10ならびにヒュームコレクタ43、ダクトボックス45,46および各配管内の雰囲気が不活性ガスに置換される。なお、この時点ではヒュームコレクタ43の集塵装置441には電圧は印加されていなくてよい。また、不活性ガスの充填作業と並行して材料粉体層6を形成するリコート工程を行う。具体的には、造形テーブル39の高さを適切な位置に調整し、材料収容部331内に金属材料粉体が充填されているリコータヘッド33を矢印B方向に造形領域Rの右側から左側に移動させることによって、造形プレート5上に、1層目の材料粉体層6を形成する。   First, when performing layered modeling, the modeling plate 5 is placed on the modeling table 39 and the chamber 10 is sealed. At this time, the inside of the chamber 10 is in an air atmosphere, and it is desirable to immediately replace the atmospheric gas in the chamber 10 with an inert gas. At the same time, it is desirable to replace the atmosphere in the fume collector 43, the duct boxes 45 and 46 and each pipe with an inert gas. Therefore, while supplying an inert gas to the chamber 10 by the inert gas supply device 42, the inverter device 47 outputs an alternating current having a low speed rotation frequency, and rotates the fan motor 439 of the fume collector 43 at a low speed. With such a configuration, the atmosphere in the chamber 10, the fume collector 43, the duct boxes 45 and 46, and each pipe is replaced with the inert gas while preventing external leakage of the inert gas and inflow of external air. At this time, no voltage needs to be applied to the dust collector 441 of the fume collector 43. Further, a recoating process for forming the material powder layer 6 is performed in parallel with the filling operation of the inert gas. Specifically, the height of the modeling table 39 is adjusted to an appropriate position, and the recoater head 33 filled with the metal material powder in the material container 331 is moved in the direction of arrow B from the right side to the left side of the modeling region R. The first material powder layer 6 is formed on the modeling plate 5.

チャンバ10内が十分に雰囲気ガスに満たされ酸素濃度が第1の酸素濃度に達すると、酸素濃度計29は制御装置27に対して第1の信号を出力する。第1の信号が入力された制御装置27は、インバータ装置47の制御部に対して高速回転周波数の交流を出力するよう高周波切替信号を出力する。高周波の交流を印加されたファンモータ439は高速で回転し、チャンバ10およびヒュームコレクタ43を循環する不活性ガスの風量が増加する。   When the chamber 10 is sufficiently filled with the atmospheric gas and the oxygen concentration reaches the first oxygen concentration, the oxygen concentration meter 29 outputs a first signal to the control device 27. The control device 27 to which the first signal is input outputs a high frequency switching signal so as to output an alternating current at a high speed rotation frequency to the control unit of the inverter device 47. The fan motor 439 to which the high-frequency alternating current is applied rotates at a high speed, and the air volume of the inert gas circulating through the chamber 10 and the fume collector 43 increases.

さらにチャンバ10内の酸素濃度が低下し第2の酸素濃度に達すると、酸素濃度計29は制御装置27に対して第2の信号を出力する。第2の信号が入力された制御装置27は、レーザ照射装置25を駆動させ材料粉体層6の所定箇所にレーザ光Lを照射して焼結させることによって焼結層を形成する焼結工程を開始させるとともに、ヒュームコレクタ43の集塵装置441を駆動させ荷電部442および集塵部445に高電圧を印加しヒューム7の除去を開始させる。   When the oxygen concentration in the chamber 10 further decreases and reaches the second oxygen concentration, the oximeter 29 outputs a second signal to the control device 27. The control device 27 to which the second signal has been input drives the laser irradiation device 25 to irradiate a predetermined portion of the material powder layer 6 with the laser beam L and sinter it, thereby forming a sintered layer. And the dust collector 441 of the fume collector 43 is driven to apply a high voltage to the charging unit 442 and the dust collecting unit 445 to start the removal of the fume 7.

以降、リコート工程と焼結工程を繰り返して積層造形が行われる。各工程途中にチャンバ10内の酸素濃度が第2の酸素濃度を超過した場合、次の焼結工程を開始する前に待機時間を設け、酸素濃度が第2の酸素濃度に再び達するまで積層造形を一時停止させる。   Thereafter, the layered modeling is performed by repeating the recoating step and the sintering step. If the oxygen concentration in the chamber 10 exceeds the second oxygen concentration in the middle of each process, a waiting time is provided before starting the next sintering process, and additive manufacturing is performed until the oxygen concentration reaches the second oxygen concentration again. Is paused.

以上のとおり実施形態の積層造形装置1によると、チャンバ10内の酸素濃度に応じて、ヒュームコレクタ43のファンモータ439の回転数を切り替え、循環する不活性ガスの風量を制御できる。このようにして、不活性ガスの充填時間の短縮と、ヒューム処理能力の向上とが両立される。   As described above, according to the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the rotation amount of the fan motor 439 of the fume collector 43 can be switched according to the oxygen concentration in the chamber 10 to control the flow rate of the circulating inert gas. In this way, shortening of the filling time of the inert gas and improvement of the fume processing capacity are both achieved.

また、本実施形態のように、酸素濃度計29により計測された酸素濃度に応じて、インバータ装置47によりファンモータ439の回転数を制御するように構成すれば、オペレータが手動でファンモータ439の回転数を切り替える必要がない。このようにファンモータ439をインバータ制御すれば、オペレータに特段の負担を掛けることなく、上述の本発明の格別の効果を享受できる。   Further, as in the present embodiment, if the inverter device 47 is configured to control the rotation speed of the fan motor 439 according to the oxygen concentration measured by the oximeter 29, the operator manually operates the fan motor 439. There is no need to switch the rotation speed. Thus, if the fan motor 439 is inverter-controlled, the above-mentioned special effect of the present invention can be enjoyed without placing a special burden on the operator.

実施形態の積層造形装置1のように、切削加工を行うための駆動装置13を備える積層造形装置1においては、駆動装置13を設置するためにチャンバ10がより大きくなる。チャンバ10が大きくなるとヒューム7の排出効率が低下する。ゆえに、駆動装置13を備える積層造形装置1においては、不活性ガスの充填とヒューム7の除去を最適化させることができる本発明はより有用である。   In the additive manufacturing apparatus 1 including the driving device 13 for performing the cutting process as in the additive manufacturing apparatus 1 of the embodiment, the chamber 10 becomes larger in order to install the driving device 13. As the chamber 10 becomes larger, the exhaust efficiency of the fumes 7 decreases. Therefore, in the additive manufacturing apparatus 1 including the driving device 13, the present invention that can optimize the filling of the inert gas and the removal of the fumes 7 is more useful.

本実施形態においては、造形開始時においてファンモータ439の駆動交流を低速回転周波数から高速回転周波数に切り替えたのみであったが、積層造形途中においてもチャンバ10内の酸素濃度に応じて適宜周波数の切替を行うよう構成してもよい。例えば、積層造形途中においてチャンバ10内の酸素濃度が第1の酸素濃度を超過した場合は低速回転周波数に切り替えチャンバ10内への不活性ガスの充填を優先させ、チャンバ10内の酸素濃度が第1の酸素濃度に達し不活性ガスからのヒューム7除去を優先させたい時は高速回転周波数に切り替えるよう構成してもよい。   In the present embodiment, the drive AC of the fan motor 439 is only switched from the low-speed rotation frequency to the high-speed rotation frequency at the start of modeling. You may comprise so that switching may be performed. For example, when the oxygen concentration in the chamber 10 exceeds the first oxygen concentration during additive manufacturing, the low-speed rotation frequency is switched to give priority to the filling of the inert gas into the chamber 10, and the oxygen concentration in the chamber 10 is the first. When the oxygen concentration of 1 is reached and it is desired to prioritize the removal of the fumes 7 from the inert gas, the high-speed rotation frequency may be switched.

本実施形態においては、チャンバ10内が第1の酸素濃度に達した時点でファンモータ439の駆動交流を高速回転周波数に切り替え、第2の酸素濃度に達した時点で焼結工程の開始とヒュームコレクタ43における集塵装置441の荷電部442および集塵部445への高電圧の印加を行うよう構成した。第1の酸素濃度到達時に、高速回転周波数への切り替えと荷電部442および集塵部445への高電圧印加を同時に行うよう構成してもよいが、より低酸素雰囲気下で高電圧印加を行った方が気中への漏電を抑制し過電圧が発生しにくくなるとともにオゾンが発生しにくくなるため、ヒュームコレクタ43の安定動作およびオゾン発生抑制のためには本実施形態の方がより適している。また、第2の酸素濃度到達時に、高速回転周波数への切り替えと焼結工程の開始を同時に行うよう構成してもよいが、ファンモータ439を高速回転に切り替えた直後はわずかながら酸素濃度が上昇するため、焼結工程開始直後の造形品質を安定させるためには本実施形態の方がより適している。   In the present embodiment, the driving AC of the fan motor 439 is switched to the high-speed rotation frequency when the inside of the chamber 10 reaches the first oxygen concentration, and the sintering process starts and the fume when the second oxygen concentration is reached. A high voltage is applied to the charging unit 442 and the dust collecting unit 445 of the dust collecting device 441 in the collector 43. When the first oxygen concentration is reached, switching to the high-speed rotation frequency and application of a high voltage to the charging unit 442 and the dust collection unit 445 may be performed at the same time, but a higher voltage application is performed in a lower oxygen atmosphere. Therefore, the present embodiment is more suitable for the stable operation of the fume collector 43 and the suppression of the generation of ozone. . Further, when the second oxygen concentration is reached, it may be configured to simultaneously switch to the high-speed rotation frequency and start the sintering process, but immediately after the fan motor 439 is switched to high-speed rotation, the oxygen concentration slightly increases. Therefore, the present embodiment is more suitable for stabilizing the modeling quality immediately after the start of the sintering process.

また、本実施形態においては、ファンモータ439への出力電圧の周波数が2段階に切替可能に構成されたが、3段階以上に切替可能であってもよい。例えば、酸素濃度計29によって所定の間隔でチャンバ10内の酸素濃度値をサンプリングし、酸素濃度値に応じて16段階に周波数を切り替えれば、より効率よく不活性ガスを充填可能である。   In the present embodiment, the frequency of the output voltage to the fan motor 439 is configured to be switchable in two stages, but may be switchable in three or more stages. For example, if the oxygen concentration value in the chamber 10 is sampled at a predetermined interval by the oxygen concentration meter 29 and the frequency is switched to 16 levels according to the oxygen concentration value, the inert gas can be filled more efficiently.

ヒュームコレクタ43は不活性ガスからヒューム7を除去する装置であれば、本実施例において示した構成に限定されない。例えば、針形状の荷電極443の代わりに金属細線を用いてもよいし、荷電部442においてヒューム7にマイナスの荷電を行うよう構成してもよい。   The fume collector 43 is not limited to the configuration shown in this embodiment as long as it is a device that removes the fume 7 from the inert gas. For example, a thin metal wire may be used instead of the needle-shaped load electrode 443, or the fume 7 may be negatively charged in the charging unit 442.

本発明は、すでにいくつかの例が具体的に示されているように、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。   The present invention is not limited to the configuration of the embodiment shown in the drawings as some examples have been specifically shown, and various modifications or applications are possible without departing from the technical idea of the present invention. It is.

1 積層造形装置
4 不活性ガス給排装置
6 材料粉体層
7 ヒューム
10 チャンバ
25 レーザ照射装置
42 不活性ガス供給装置
43 ヒュームコレクタ
47 インバータ装置
L レーザ光
R 照射領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 additive manufacturing apparatus 4 inert gas supply / exhaust apparatus 6 material powder layer 7 fume 10 chamber 25 laser irradiation apparatus 42 inert gas supply apparatus 43 fume collector 47 inverter apparatus L laser beam R irradiation area

Claims (2)

密閉されたチャンバ内において所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の各分割層毎に金属材料粉体を均一に撒布して形成される材料粉体層上の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、
前記チャンバ内が常時所定濃度以上の不活性ガスで充満されているように前記チャンバに不活性ガスを供給するとともにヒュームを前記チャンバの外に排出する不活性ガス給排装置と、
前記チャンバ内の酸素濃度を測定する計測手段と、を備え、
前記不活性ガス給排装置は、
前記チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、
前記チャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去するヒュームコレクタと、を含み、
前記ヒュームコレクタは、前記計測手段によって測定された酸素濃度に応じて任意の回転数に切替可能であり前記チャンバ内の不活性ガスを循環させる送風機を備える、積層造形装置。
Predetermined irradiation on a material powder layer formed by uniformly distributing metal material powder for each of a plurality of divided layers obtained by dividing a desired three-dimensional structure at a predetermined height in a sealed chamber A laser irradiation apparatus for forming a sintered layer by irradiating the region with laser light;
An inert gas supply / exhaust device for supplying the inert gas to the chamber and exhausting fumes out of the chamber so that the chamber is always filled with an inert gas having a predetermined concentration or more;
Measuring means for measuring the oxygen concentration in the chamber ,
The inert gas supply / discharge device includes:
An inert gas supply device for supplying an inert gas to the chamber;
A fume collector for removing fumes from the inert gas exhausted from the chamber;
The fume collector is an additive manufacturing apparatus provided with a blower that can be switched to an arbitrary number of revolutions according to the oxygen concentration measured by the measuring means and circulates an inert gas in the chamber.
交流を直流に変換し任意の周波数の交流へと再度変換するインバータ装置と、
前記計測手段によって測定された酸素濃度に応じて前記インバータ装置で出力される交流の周波数を制御する制御手段と、をさらに備え、
前記送風機は、前記インバータ装置によって周波数を変換された交流によって駆動する、請求項に記載の積層造形装置。
An inverter device that converts alternating current into direct current and converts it back into alternating current of any frequency;
Control means for controlling the frequency of alternating current output by the inverter device in accordance with the oxygen concentration measured by the measuring means,
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the blower is driven by alternating current whose frequency is converted by the inverter device.
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